沈阳地铁云沈区间数值模拟报告

云沈区间数值分析计算报告二零零九年九月二日目录1 .工程概况1.1工程概要1.2区间隧道结构型式与主要建筑材料2 .计算内容3 .计算依据4 .计算和分析4.1计算方法的基本原理4.2材料的结构关系4.3建立模型4.2地层时5 .盾构区间排水塔的计算与结论5.1平面剖面图和土层参数5.2计算案例5.3计算结果5.4结论6 .盾构区间通过高架候车室的计算和结论6.1平面剖面图和土层参数6.2计算案例6.3计算结果6.4结论七.建议沈阳地铁一号线一期工程云峰北街站沈阳站盾构区间结构计算1 .工程概况1.1工程概要妊峰北街站沈阳站区间，从云峰北街站沈阳站区间，通过云峰北街站沈阳站区间，从云峰北街站立，通过云峰北街，横跨沈阳市三轮轮胎有限责任公司、沈阳市第二锻造工厂、兴工北街，东北下到沈阳站所有铁路股道(正线、发线、调车线、货线、专线等40馀条)线间距离为13m25m，线路纵向为 8744； 型坡，隧道结构底的最大埋深为22.25m (霸土厚度17.39m )，最小埋深为10.83m (霸土厚度5.97m )。沈阳站第三候车室和高架入口通道都是桩基，铁路大部分地层都用砂砾横穿。1.2区间隧道结构型式与主要建筑材料云峰北街站沈阳站区间隧道采用盾构施工，隧道为单圆结构，剖面采用单层钢筋混凝土组合式衬砌，衬砌环采用1.2m宽，内径5400mm，外径6000mm，管厚300mm。衬套管片混凝土为C50、s8。2 .计算内容本次计算在云峰北街站沈阳站区间几个重点地区隧道下选择塔、高架候车室两个截面进行计算，采用有限差分数值分析法动态模拟分析了隧道施工过程整体，求出了逐步开挖工程地层的位移情况。3 .计算依据地铁设计规范 GB50157-2003建筑结构荷载规范 GB50009-2001建筑地基基础设计规范 GB50007-2002云峰北街站沈阳站区间地质报告沈阳地铁1号线初步设计文件4 .计算和分析4.1计算方法的基本原理采用二维连续介质高速拉格朗日差分法(FLAC2D )。 二维FLAC程序将计算区域内的媒体分割成若干二维单元，用节点连接单元间。 在向一个节点施加载荷后，该节点的运动方程可采用时间-步长的有限差分格式。 在一个小时段中，作用于该节点的载荷仅影响周围的某些节点(例如，相邻节点)。 根据单元节点的速度变化和时间段，程序可以确定单元之间的相对位移，并且还可以根据可以确定单元失真的单元材料的结构方程来确定单元应力。 随着时间的延长，此过程将扩展到整个计算范围，直到边界。 FLAC程序计算单元间的不平衡力，将该不平衡力新加到各节点上，进行下一次反复运算，直到不平衡力变得足够小或各节点的位移变得平衡为止。4.2材料的结构关系计算中围岩采用理想弹塑性模型的结构关系，屈服破坏准则采用Mohr-Coulomb屈服准则。 莫尔库仑破坏准则岩土材料剪切破坏特性与实际破坏情况一致。 剪切破坏屈服函数和拉伸破坏屈服函数分别如下(1)(2)其中(3)式中的c是岩土的凝聚力和内摩擦角，分别是最大主应力和最小主应力。4.3建立模型根据地质和设计数据建立模型。 在计算中，炉衬采用LINER单元仿真。 左右边界受水平约束，下端受垂直约束，上端自由。 根据隧道围岩特征，数值模拟采用弹塑性本构模型、Mohr-Coulomb屈服准则及大应变变形模型，由围岩自重形成初始应力场. 围岩应力开挖释放为25%，二次衬砌释放为75%。4.4地层时沈阳地区地形属浑河冲洪积扇，地形平坦，沈阳市第四纪地层较厚，其下岩层为前震旦系花岗岩。下更新系统的上部为坡、洪积砂砾层，下部为冰水堆积层，冰水堆积层的下部为茶色红色粘土，含有砂砾，底部为灰色白色粘土，含有30%左右砂砾的中更新系统为冲洪堆积，上部为茶色红色砂砾，砂砾含量多，偶尔夹着淡茶色红色粘土层， 下部为茶色黄色粘土，上更新系统的上部为冲洪积形成的茶色黄色、黄褐色粉质粘土，下部为冲洪积形成的砂砾层，底部圆砾层为粘性土较多的新统一冲积相地层的上部为粉质粘土，中、粗砂，下部为砾砂、圆砾层，局部为砾层。其中横跨水塔范围的主要地层为杂填土、中粗砂、砾砂，横跨岔道范围的主要地层为杂填土、中粗砂、砾砂，横跨高架候车室的主要地层为杂填土、粉质粘土、中粗砂、砂砾。5 .在屏蔽区间穿过塔5.1平面剖面图和土层参数通过屏蔽区间下水塔的平面、剖面图如下图所示，表示地质参数。屏蔽区间下通水塔平面图屏蔽区间水塔横截面图各土层主要物理力学特性表层号岩盘名称天然重度(kN/m3)粘合力c(kPa )内摩擦角(o )弹性模量E(MPa/m )、杂填土-是-是-是-是-3中粗砂17.93.729.822-4砾石18.75.13635-5圆砾20.52.035.035-3中粗砂19.59.334.225-4砾石20.1434385.2计算案例根据区间隧道的施工工序，将整个隧道施工过程分为两个施工步骤进行计算。施工步骤1 :通过左线施工步骤1左线完成推进施工步骤2 :通过右线施工步骤2右线完成推进5.3计算结果根据施工顺序，整理各顺序的位移的结果如下图所示。施工步骤1总位移矢量图施工工序1纵向位移填充色施工步骤1左洞开挖后地表沉降图表施工工序1左洞开挖后的基础沉降图表施工工序1水平方向位移填充色施工步骤2总位移矢量图施工工序2纵向位移填充色施工步骤2地表沉降图施工步骤2基础底沉降图表施工工序2水平方向位移填充色5.4结论屏蔽区间放水塔的计算结果显示，左线完成推进时发生的地基最大沉降量为5.861mm，位于左线隧道正上方的地面，放水塔基底最大沉降量为5.862mm，位于靠近左线一侧的拐角，靠近右线一侧的拐角最大沉降量为0.951mm，倾斜值为0.000195 两条线在施工结束时发生的地基和基础的最大沉降量均为9.309mm，均位于区间隧道左线，倾斜值为0的右线推进结束时的地面水平的最大位移为1.871mm，向左线侧位移的两条线在施工结束时的水平最大位移为2.502mm，向右线侧位移。水塔基础的沉降量和倾斜值均满足建筑地基基础设计规范沉降量400mm和倾斜值0.005的要求。6 .盾构区间通过高架候车室的计算和结论6.1平面剖面图和土层参数在屏蔽区间通过高架候补室的平面、剖面图为图，表示地质参数。图4是在屏蔽区间下通过高架候车室俯视图图4是在屏蔽区间下通过高架候车室剖视图各土层主要物理力学特性表层号岩盘名称天然重度(kN/m3)粘合力c(kPa )内摩擦角(o )弹性模量E(MPa/m )、杂填土-是-是-是-是-1粉质粘土19.241.811.218-3中粗砂17.93.729.822-4砾石18.75.13635-4-5中粗砂20.523545-4砾石18.75.13635-4-5圆砾20.553548-4砾石20.1434386.2计算案例根据区间隧道的施工工序，将整个隧道施工过程分为两个施工步骤进行计算。施工步骤1 :通过左线施工步骤1左线完成推进施工步骤2 :通过右线施工步骤2右线完成推进6.3计算结果根据施工顺序，整理各顺序的位移的结果如下图所示。施工步骤1总位移矢量图施工工序1纵向位移填充色施工工序1左洞开挖后地基沉降图表施工工序1左洞开挖后桩底沉降图表施工工序1水平方向位移填充色施工步骤2总位移矢量图施工工序2纵向位移填充色施工步骤2左右钻孔后地基沉降图表施工步骤2左右钻孔灌注桩后桩底沉降图表施工工序2水平方向位移填充色6.4结论屏蔽区间通过高架候车室的计算结果显示，左线完成推进时发生的地面最大沉降量为9.43mm，左线隧道正上方的地面的两条线在施工完成时发生的地面最大沉降量为12.31mm，位于右线正上方的地面的区间隧道左右线中间部上方的地面沉降左线推进完成时，左至右桩基沉降值分别为7.296mm、6.729 mm、2.623 mm、0.829 mm，桩基最大水平位移为3.017mm，桩基最大水平位移为1.145mm，最大倾斜值为0.00032。双线施工完成时，左至右桩基沉降值分别为8.80mm、10.60mm、10.31 mm、7.76mm，桩基